Гелиосистема принудительной циркуляции

24 2/46, 24 2/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства(73) Патентообладатель Белорусский научноисследовательский институт механизации сельского хозяйства(57) 1. Гелиосистема принудительной циркуляции, содержащая бак-аккумулятор с подающим и обратным трубопроводами, гелиоколлектор, насосный узел, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фотоэлектрический преобразователь, питающий электродвигатель насосного узла гелиосистемы, при этом, теплообменник гелиоколлектора выполнен из трубчатых элементов из эластичного некоррозирующего морозостойкого материала,уложенных в виде, по крайней мере, одной двойной спирали, прямая ветвь которой связана с подающим трубопроводом, а обратная - с обратным трубопроводом, с плотным прилеганием разноименных витков, причем линии их взаимных контактов лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью рабочих поверхностей фотоэлектрического преобразователя, центры спиралей гидравлически связаны посредством - перемычки, выполненной из более жесткого, чем трубчатые элементы, некоррозирующего морозостойкого материала. 2189 1 Изобретение относится к области солнечной энергетики и может быть использовано для подогрева воды и водных растворов, например, для нужд сельского хозяйства, в частности, для предварительного подогрева воды, питающей котлы парогенераторов на фермах, для инкубационных цехов рыбхозов и гелиодушевых в летний период времени. Известны устройства для преобразования энергии солнечной радиации в тепловую энергию нагреваемой жидкости 1, 2, 3, 4, основанные на принципе термосифонной (естественной) циркуляции нагреваемый в солнечном коллекторе теплоноситель (вода), поднимаясь вверх, поступает в бак-аккумулятор, уступая место холодной воде со дна бака. Эти устройства имеют невысокий коэффициент полезного действия (КПД) и небольшую теплопроизводительность, т.к. скорость циркуляции и количество получаемого тепла находятся в прямой зависимости от разности температур воды на выходе и входе в гелиоколлектор. В то же время с ростом этой разности увеличиваются тепловые потери в окружающую среду. Наиболее близкой к заявленному объекту является гелиосистема 5, выбранная в качестве прототипа. Она содержит гелиоколлектор, насос, подающий и обратный трубопроводы, бак-аккумулятор, трубу Вентури, соединенную со специальной емкостью, и петлеобразные дыхательные трубки. Принудительная циркуляция жидкости в системе позволяет повысить эффективность теплосъема с гелиоприемной поверхности. Однако и это устройство имеет свои недостатки зависимость от наличия вблизи источника электроэнергии, т.е. неавтономность, отсутствие возможности регулирования расхода теплоносителя в зависимости от интенсивности солнечной радиации, что снижает КПД, а также сложность гидравлической системы (дополнительная емкость, трубка Вентури, набор дыхательных трубок), что снижает надежность всей гелиосистемы. Задача изобретения - обеспечение автономности и повышение КПД на 15-20 путем организации автоматического саморегулирования расхода теплоносителя. Указанный результат достигается за счет того, что гелиосистема, содержащая бак-аккумулятор с подающим и обратным трубопроводами, гелиоколлектор и насосный узел, дополнительно содержит фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), питающий электродвигатель насосного узла гелиосистемы, при этом,теплообменник гелиоколлектора выполнен из трубчатых элементов из эластичного некоррозирующего морозостойкого материала, уложенных в виде, по крайней мере, одной двойной спирали, прямая ветвь которой связана с подающим трубопроводом, а обратная - с обратным трубопроводом, с плотным прилеганием разноименных витков, причем линии их взаимных контактов лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью рабочих поверхностей фотоэлектрического преобразователя, центры спиралей гидравлически связаны посредством -образной перемычки, выполненной из более жесткого, чем трубчатые элементы, некоррозирующего морозостойкого материала. Изобретение поясняется чертежами на фиг. 1 изображена схема гелиосистемы принудительной циркуляции на фиг. 2 - теплообменник гелиоколлектора этой системы. Гелиосистема (фиг. 1) содержит гелиоколлектор 1, теплоизолированные бак-аккумулятор 2 и трубопроводы - подающий 3 и обратный 4. Трубопроводы 5 и 6 соединяют гелиосистему соответственно с потребителем тепла и источником холодной воды. Теплообменник расположен внутри гелиоколлектора, который имеет тепловую изоляцию,светопропускающее покрытие и отражающий экран, как, например, описано в 4. Батарея фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) (источник фототока для привода электродвигателя 8 и циркуляционного насоса 9) установлена в одной плоскости (перпендикулярно относительно направления солнечного излучения) с гелиоколлектором, тепловоспринимающая поверхность которого выполнена из эластичных некоррозирующих морозостойких трубчатых элементов (фиг. 2), вплотную уложенных в виде прямой 10 и обратной 11 спиралей которые сообщены гидравлически в центре -образной перемычкой 12, выполненной из более жесткого, чем трубчатые элементы, некоррозирующего морозоустойчивого материала. Гелиосистема работает следующим образом. По трубопроводу 6 вода поступает в нижнюю часть бакааккумулятора и заполняет весь гидравлический контур обратный трубопровод 4, гелиоколлектор 1, подающий трубопровод 3 и бак-аккумулятор 2. После подключения электродвигателя 8 к источнику тока 7 (ФЭП) гелиосистема начинает работать в режиме автоматического саморегулирования. Теплоноситель нагревается посредством поглощения солнечного излучения и протекает по каналу теплообменника со скоростью, задаваемой насосом 9, электродвигатель которого запитывается от ФЭП, при этом величина тока генерируемого ФЭП зависит от интенсивности солнечного излучения. Через стенки трубчатых элементов гелиоколлектора, расположенных вплотную друг к другу, происходит дополнительная передача тепла от более нагретого теплоносителя в обратной спирали 11 к менее нагретому в прямой спирали 10. Имеет место процесс снижения градиента температур по длине эластичных трубчатых элементов тем более интенсивный, чем плотнее прижимаются друг к другу прямая и обратные спирали, увеличивающими за счет своей эластичности площадь поверхности взаимного контактирования при повышении давления прокачиваемого через них 2189 1 теплоносителя, т.е. при увеличении интенсивности солнечной радиации. Уменьшение разности температур по длине теплообменника обеспечивает снижение теплопотерь вследствие конвекции и теплопроводности. Нагретая вода подается в верхнюю часть бака-аккумулятора, на ее место поступает холодная вода со дна бака. Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру и по мере нагрева до нужной температуры отводится потребителю по трубопроводу 5. Взаимодействие двух составляющих гелиосистемы принудительной циркуляции - теплоприемной (гелиоколлектор, бак-аккумулятор) и фотоэлектрической (ФЭП, электродвигатель, насос) можно охарактеризовать как автономную работу гелиосистемы с автоматическим саморегулированием расхода теплоносителя. У обеих составляющих есть общий источник энергии - Солнце, что обеспечивает синхронность их работы без дополнительных средств автоматизации. С повышением интенсивности солнечной радиации повышается нагрев теплоносителя в гелиоколлекторе и одновременно увеличивается его расход (с увеличением силы тока,генерируемого ФЭП). Поскольку в коллекторе применены эластичные морозостойкие и некоррозирующие черные трубки из ПВХ - материала, не разрывающиеся при замерзании в них воды, то отпадает необходимость в сливе из них теплоносителя в нерабочее время суток. В целом такая конструктивная компоновка всех элементов позволяет обеспечить автономность работы гелиосистемы принудительной циркуляции и повысить ее коэффициент полезного действия на 15-20. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.